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行動式健康照護系統結合 IPv6 網路之設計 Design of a Mobile e-Healthcare system over IPv6 Network

洪振展 黃秀園

Department of Computer & Communication Engineering ASIA University

No. 500, Lioufeng Road, Wufeng Shiang, Taichung County413, Taiwan (R.O.C.)

E-mail:cctks.hung@msa.hinet.net

摘要 隨著網路科技的進步與人口結構逐漸邁

向高齡化，電子化的健康照護需求也逐漸擴

大，本文將 IPv6 網路技術結合行動式無線感測技術，研究各項 IPv6 優於 IPv4 的特性，如IPv6 的隨意連網、即時服務、自動組態、高傳輸安全性、支援移動主機、較大的位址空間(各感測點皆具 IPv6 Public IP)…等。改善以往IPv4 的位址不足與行動缺陷，並加以整合在健康照護系統上使用，讓健康照護可以突破區域

與環境的限制，設計一個能使用在 IPv6 上的行動式健康照護網路系統，提供使用者隨心所

欲不受環境限制的照護服務，將是本文的研究

重點。 關鍵詞：IPv6、行動式、健康照護、無線網路

技術、無線感測

Abstract As the network technology progress and the aging of population, the e-healthcare demand will be going expended, in this paper we will using the IPv6 Integrate the sensorless technology, and research the IPv6 better than IPv4, such as the IPv6 has real time service, autoconfiguration, IPSec, support mobile host and a large address space.

Improve the mobile defect of past Mobile IPv4, and integrate the e-healthcare system, let the e-healthcare surmount restriction of the area and environment, Design a mobile e-healthcare system using in IPv6, and provide user has a no limiting e-healthcare service, that is the research focus in this paper. Key Words：IPv6、Mobility、e-Health care、

Wireless technology、sensorless

一、 序論 隨著社會經濟的發展、醫療的進步，使得

國人平均壽命增加，社會人口結構逐有漸高齡

化的現象，人口老化將是我們在二十一世紀中

所必須面對的最重要問題之一。因此，對於日

益增加的老人健康照護需求考量，有必要設計

一個新型態的健康照護系統，提供 e 化、無線化、人性化、居家式、社區化的照護服務，讓

受照護者能於家中或其所熟悉之社區中就能

得到健康照護系統”無所不在 “的服務，在受照護者身體有危險警訊時能透過網路即時的

發出警訊，讓醫護人員能再第一時間就能發

現，並給予必要的急救措施，以促進老人生活

品質、尊嚴與安全都能兼顧的健康照護系統。 有鑑於此，新世代的 IPv6 具有更好的行動支援、隨意連網、高傳輸安全性、較大的位

址空間…等優點，因此，為了使健康照護系統更加便利、範圍更廣，所以，如何改善以往 IPv4的行動缺陷、整合 IPv6 的行動優勢於健康照護系統，並提高 IPv6 無線區域網路的可用性及可靠度就成了一個重要的課題，讓健康照護

可以突破區域與環境的限制，設計一個更加便

利且完善的行動式健康照護無線網路系統，提

供使用者隨心所欲不受環境限制的照護服

務，將是本文的研究重點。由圖 1-1來比較 IPv4與 IPv6 兩種技術使用在健康照護系統上的差異：

圖 1-1、全面 IPv6 化的健康照護系統與舊式IPv4 技術之差異

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二、 IPv6 的優點與技術背景 IPv4 位址自 1970 年代使用以來，因為網

際網路的快速發展，導致 IPv4 位址面臨了快速耗竭的情況，尤其無線網路設備與資訊家電

的網路化發展方向，更加速 IPv4 位址耗竭的速度，預估 IPv4 位址最快將在 2006 年消耗殆盡。而 IPv6 的使用不僅可以解決未來 5-10 年IPv4 網址短缺的問題，同時也能滿足網路通訊有關數位匯流、安全性以及身分認證的需求。

IPv6 技術所具備的「高行動性」、「高可用性」、「高安全性」、「高可靠性」及「低成本」

特性，已被公認為是建立下一代網路基礎建設

平台不可或缺的關鍵技術與應用平台，而 IPv6即是為了解決未來可預見會發生的問題而產

生的。 由表 2-1 來比較 IPv4 與 IPv6 兩種技術的

差異： Feature IPv4 IPv6

Source and destination address

32 bits 128bits

IPSec Optional Required Payload identification for QoS in the header

NO identification

Using Flow label field

Fragmentation Both router and

the sending hosts

Only supported at sending hosts

Checksum of header included Not included

Resolve address to a link layer address

Broadcast ARP request

Multicast Neighbor

Solicitation message

Determine the address of the best default gateway

ICMP Router Discovery(optio

nal)

ICMPv6 Router Solicitation and

Router Advertisement(req

uired) Send traffic to all nodes on a subnet

Broadcast Link-local scope

all-nodes multicast address

Configure address

Manually or DHCP autoconfiguration

Map hosts name to addresses

A AAAA

Manage local subnet group membership

(IGMP) Multicast Listener Discovery (MLD)

表 2-1、IPv4 與 IPv6 之比較表 三、 IPv6 結合行動式健康照護網路應具備的

系統需求與特性 健康照護網路系統的前端感測器，採用無

線網路技術來擷取感測資訊，主要是基於改善

以往有線式的健康照護感測系統，使用無線的

好處有：免除有線的束縛感、增進受照護者的

生活品質、舒適性較高、提升個人尊嚴…等。此外，使用無線技術更能增加感測端( User )的廣度、自由度與可攜性，也擴大了健康照護

網路的服務範圍。

由於健康照護所使用的感測節點眾多，以

及感測的範圍無法由單一 AP 來涵蓋，也因此產生了兩個主要需求： (1) 無線網路中 AP 換手與行動 IP 需求 使用無線網路技術必須考慮到，因為在照護的環境上一定有建築物與隔間等因素的干

擾，很難使用單一 AP 就能完全涵蓋整個區域，再加上 AP 發射或接收的範圍有限，要覆蓋面積較大的範圍，就無法使用單一個 AP 來達成，然而有兩個以上的 AP 就會產生 AP 間漫遊( Roaming )與換手( Hand off )的重要問題，而以往在 IPv4 健康照護網路所用來解決換手問題的方式為 DHCP 與 Mobile IPv4，然而 DHCP 系統仍有短暫斷線的問題，而 Mobile IPv4 則有三角繞徑的問題，因此為了改善此兩項缺點，我們計劃研究以 IPv6 標準所規範的stateless 自動取得 IPv6 位址( Stateless Address Autoconfiguration )這項功能，加上 IPv6 Tunnel Broker，能夠讓行動終端於漫遊時，順利取得一組新的 IPv6 位址。行動式健康照護系統允許主機離開它所屬的本地子網路，同時透明化

的管理目前所有連結，並隨時保持與網路的可

連結性，這些都能經由 IPv6 Tunnel Broker 實現，讓健康照護達到無線隨意與行動化的功

能。 (2) 感測節點過多的 IP 分配問題

有於健康照護系統中一個受照護者並非

只用一個感測點，在日益增多的感測點中，要

使用 Public IP 於感測點上，在 IPv4 的架構下並不容易達成(目前 Public IP 即將使用完畢) ，因此唯有使用 IPv6 才能讓每個感測點都能有有獨一無二的 Public IP，也才能讓公眾網路直接的連結各個感測點，以利將來做更多

的運用。

四、 系統架構設計 由於目前 IPv6 多半只為學術區域內或實

驗室等區域內使用，因此在本文實驗的階段先

以 IPv4 的環境為主，將系統規劃於區域網路內使用 DHCP Virtual IPv4/Tunnel Broker IPv6雙 IP 架構，利於 Mobile IPv6 與 IPv6 位址的存取實驗，在 Web 與 Date Base Server 方面使用 Public IPv4/Tunnel Broker IPv6 雙 IP 架構系統，以方便由 IPv4 連入 Server 時 IP 不須經過標頭轉換(Header Translation)的動作，降低網路複雜度，也可以提供 IPv6 Address 的主機直接連入。

健康照護網路系統架構中，使用者到

AP( Access Point )這段稱為前端，因本文是研究健康照護系統的網路部分，所以感測裝置使

用 Note book 來模擬前端的無線感測器(一台Note book 模擬一個感測器，每個受照護者身上有多個感測器節點)。中間 AP 到 AP 間的連

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線，以 Wireless Link 來連接，而後端網路系統部分(在 AP 之後的伺服器連線部分稱為後端 )，使用 802.3 Ethernet 標準連結後端網路部份各伺服器系統。

在前端感測器(Notebook)取得了心跳、呼吸、溫度與血壓四項生理資訊後，分別以

Wireless(802.11b)方式經由 AP 以有線的方式傳送到 NAT 與 DHCP Server 上，在經由Server 傳遞到後端伺服器上。前端的 IPv6 感測網路系統與 NAT Server 完成之後，再分別依需求再加入網頁與資料庫等伺服器，組成一

個基本的健康照護系統雛型，以下圖來呈現

IPv6 健康照護基本網路連結圖：

圖 4-1、IPv6 健康照護基本網路連結圖。 4-1、 使用 Tunneling 方式做 IPv6/IPv4

Transition 目前從RFC文件關於 IPv4/IPv6 Transition

的文件看來，主要的轉換模式有以下三種： (1) Dual Stack(RFC 1933) (2) Tunneling(RFC 1933、3056、3053) (3) Translator(RFC 2765、2767、3089、

3142) 考慮到目前 IPv6 網路的普及度不足，以

目前連外 Internet部分要全面 IPv6化有其困難度，因此，將整個網路系統以 IPv4 架構為基礎，利用 IPv6/IPv4 Transition 中的 Tunneling方式讓 IPv6/IPv4 網路能共存，並透過 Tunnel Broker Server 取得 IPv6 Address，如下圖 4-2。

圖 4-2、透過 Tunnel Broker Server 取得 IPv6 Address 4-2、 IPv6 健康照護網路系統設計

Server 實做步驟分為以下幾點： (1) 架設伺服器，安裝 Windows Server 2003

SP1 作業系統與 IPv6 通訊協定支援。 (2) 安裝兩張網卡並設定 IP，第一張網卡作為

連接 Public 網路用，使用 IPv4 實體 IP，第二張網卡連接 Virtual 網路用，使用 IPv4 Virtual IP。

(3) 架設與設定伺服器的 Routing NAT、DHCP 與 IIS Web service 功能，如圖 4-2。

(4) 安裝 Tunnel Broker 的虛擬網路介面(TAP/TUN IPv6 Adapter)如圖 4-3。

(5) 測試 IPv6 網路的實際運作情形，並發現問題與解決之。

圖 4-2、Windows Server 2003 的 Routing NAT與 DHCP 運作圖

圖 4-3、TAP/TUN IPv6 Adapter 安裝完成圖

感測點(NB)實做步驟分為以下幾點： (1) 安裝 Windows XP Professional SP2 作業系

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統與 IPv6 通訊協定支援。 (2) 安裝一個無線網卡並設定其 IP，使用

DHCP 取得的 IPv4 Virtual IP。 (3) 安裝 Tunnel Broker 的虛擬網路介面

(TAP/TUN IPv6 Adapter) 如圖 4-3。 (4) 測試 IPv6 網路的實際運作情形，並發現問

題與解決之。 將上列的架設步驟完成之後，完成圖 4-4

的 IPv6 行動式健康照護網路系統架構圖。

圖4-4、IPv6行動式健康照護網路系統 IP配置。 4-3、 IPv6 使用在行動式健康照護網路系統的

無線網路連線實驗： 使用兩個以上的 AP 就會產生 AP 間漫遊

換手的問題，以上是指在相同子網路系統上的

換手問題，另外如遇到感測器漫遊到不同的外

地子網路系統上，如何能讓感測器做到漫遊的

目標，以下列出目前常用的四項無線網路換手

技術： (1) 使用 IPv4 的 DHCP 功能讓行動式裝置自

動取得外地子網路的合法 IP。 (2) 使用 IPv6 的 Stateless Address

Autoconfiguration 讓行動式裝置自動取得外地子網路的合法 IP。

(3) 使用 IPv4 Mobile IP 技術。 (4) 使用 IPv6 Mobile IP 技術。 在健康照護網路系統上，由於本文主要就是選擇使用 IPv6 網路系統來改善舊有 IPv4 健康照護系通的缺陷，而 IPv4 的 DHCP 功能 將可由 IPv6 的 Tunnel Broker 功能完全取代(由於目前網路仍需架構在 IPv4 網路上，因此

DHCP 還有其作用在)，而 Mobile IP 部份，IPv6的Mobile IP功能將可改善 IPv4 Mobile IP容易產生三角路由的問題(如 Sensor 有存取 CN 的情況下)。 由於目前網路尚未全面 IPv6 化，因此整個模擬行動式的健康照護系統運作，先以 IPv4 DHCP 取得合法的 Address 後，再由 IPv6 Tunnel Broker Server 取得合法的 IPv6 Address，整個系統的運作圖如下圖 4-5 所示。

圖 4-5、IPv6 使用在行動式健康照護網路系統運作模擬圖。

五、 研究成果 將 IPv6 整合於一個行動式健康照護網路

系統，能夠將整個健康照護醫療感測網路，從

傳統的有線感測前端轉換成無線感測的健康

照護系統，進而結合起整個 e-health care 系統。 在整個行動式健康照護網路系統中，前端

感測裝置只要能提供一個 802.11b 的無線網路介面，即可透過 IPv4 的 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)自動取得 IP 位址，或是IPv6 中的( Stateless Address Autoconfiguration )取得合法的 IP Address，來使用行動式健康照護的服務，當受照護者移動到本地網路之外的

地區也能透過 IPv6 的漫遊功能，讓感測的連線不會因為轉換 AP 或者子網路而有斷線的困擾，這對於即時生理訊號傳送的健康照護系統

更是一大幫助。 行動式健康照護網路系統提供無線傳輸

感測資訊，並連結到後端的健康照護資料庫與

網頁伺服器等，有了網路的連結可以將受照護

者的健康資訊傳送到網際網路上面，提供偏遠

社區與醫療技術較低的地區，也能夠享有都會

區先進的醫療診斷技術，讓醫謢人員於遠端即

可了解老人生理狀態的相關數值，發揮遠端會

診的功能，或者於感測到受照護者的生理資訊

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發生問題的同時，就能夠及時發現與適當的緊

急治療(如圖 5-1、5-2)，這將是本文研究的主要成果。

圖 5-1、IPv6 健康照護網路提供遠端會診流程圖。

圖 5-2、使用 Firefox 瀏覽器開啟 IPv6 Address的健康照護網頁觀察即時心電圖。

六、 未來展望 目前台北市已於 2005 年 12 月 20 日正式

啟用全市無線網路服務，在北市 42 條主要幹道，建制近 2,300 個無線存取點( AP )，涵蓋大台北地區約 50%的人口，預計在 2006 年 6 月服務範圍即可覆蓋 90%北市人口，無線網路將不再是有範圍限制的連線熱點( hot

point )，而是全市都成為連線區域( hot zone )，再加上雙網( GSM/802.11WiFi )整合手機、PDA、Notebook 的普及，可以想見的使用802.11 技術的無線網路將會更為廣泛，行動裝置支援 IPv6 方面也將更為普及。

在 IPv6 的使用推廣方面，「我國 IPv6 建置發展計畫」自九十二年三月正式啟動，計畫

主管單位為交通部電信總局，執行單位為財團

法人台灣網路資訊中心( TWNIC )，目前研究網路( TWAREN )的 IPv6 建置已初步完成，九十四年起的重點工作在學術網路( TANET )和政府網路( GSN )的 IPv6 建置，IPv6 將在未來的幾年內將達到商業應用的普及目標，屆時全

面 IPv6 的 All IP 時代即將來臨。 另外備受矚目的 802.16( WiMAX )新技術

的發展，將無線網路的應用擴大為都會網路，

甚至達到廣域網路的規模，在無線網路廣泛建

置與 IPv6 協定應用普及的未來，要實現行動式健康照護無所不在的應用目標想必是指日

可待的，同時也因應了台灣人口逐漸高齡化，

醫療照護使用行動式無線網路技術是一種未

來的趨勢，這正是我們極需要去努力的方向。

七、 參考文獻 [1] 曾憲雄，”IPv6 技術專刊”，財團法人台

灣網路資訊中心 技術專刊，2005. [2] 孫正忠，”使用行動式 IPv6 整合網際網路

和行動隨意網路”，國立交通大學電機資訊學院研究所碩士論文，2004.

[3] 邱學龍，”一個使用雙層 Mobile IPv4 架構之移動網路”，國立中興大學資訊科學研究所，2004.

[4] 陳瑞鎰，”根基於無線區域網路之 AAA MobileIPv6 架構”，國立東華大學電機工程研究所碩士論文，2003.

[5] 洪榮欣，”Mobile IP 技術發展”，工研院電通所，2003.

[6] 趙涵捷，”IPv6 Introduction”，國立東華大學電機系，2004.

[7] 楊豐瑞、楊豐任，”網路概論與實務”，松崗電腦圖書資料股份有限公司，2001.

[8] 廖良展，“以 WLAN 及 PDA 為基礎之遠距生理監控暨醫學資訊系統”，國立臺灣大學/電機工程學研究所碩士論文，2002.

[9] 陳彥正，”醫療資訊無線傳輸機制”，臺北醫學大學/醫學資訊研究所/碩士論文，2002.

[10] 劉逸平，“使用無線網路的行動式醫學資訊系統”，國立臺灣大學/電機工程學研究所/碩士論文，2001.

[11] 柯志鴻，“無線資訊系統中的位址管理與資料存取”，國立成功大學/資訊工程研究所/博士論文，2000.

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[12] 陳彥文、蘇平嘉、陳信通、游士弘，“WinCE平台上 Mobile IPv6 之開發成果網頁”中央大學通訊所

[13] Tom Thomas，”Communication and Product Services(CAPS)”，Infosys Technologies Limited, Electronics city, Hosur Road, Bangalore 561229 INDIA，2004

[14] Behrouz A. Forouzan with Sophia Chung Fegan，”TCP/IP Protocol Suite Second Edition”，McGraw-Hill Education，2003

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